物联网应用中HyperRAM的使用优势

大规模物联网将蓬勃发展

根据Ericsson在2020年6月发布的移动设备市场报告指出，包括NB-IoT和Cat-M在内的大规模物联网 (Massive IoT) 将持续部署到全球各地。但由于新冠肺炎阻碍了运输，使得渗透率低于我们的预期，大部分物联网应用仍经由2G或3G技术连接。2019年大规模物联网应用的数量估计增长了两倍，到2020年底将达到约1亿部。

正如Ericsson预估，到2025年底，NB-IoT和Cat-M将占所有行动网络IoT设备的52%。亚洲区将是成长最快的市场，该地区的设备数量将在2026年之前提升到所有出货量的67%。

对3GPP标准进程来说，无论是NB-IoT或Cat-M，Release 15都强化了稳定性和应用领域。已于2020年7月3日冻结的Release 16将进一步提高网络效率，并将目前的NB-IoT部署在5G环境中运行。未来，Release 17将扩展带宽聚合和更低延迟的规格，继续开发及探索潜在应用，以带动5G NR基础的行动网络物联网的普及率。

半导体厂商针对物联网采取的行动

对于物联网应用，为了在市场上获得广泛采用，必须满足各种设计考虑因素，例如低成本、低功耗和运算效率。尤其，对于电池供电的设备 (例如智能喇叭和智能电表) 而言，除了丰富的物联网功能和易于使用的人机接口，电池寿命也成为产品成功与否的关键，因此低功耗因素变得越来越重要。为了实现较长的电池寿命，除了使用低功耗MCU，还应考虑其他低功耗的周边组件。

图1：移动设备系统架构图

许多移动设备采用图1中的相似的架构，这类的方块图适用于平板电脑或智能手表中。Wi-Fi/BT和行动网络模块负责通讯。传感器 (如触摸面板) 专用于收集外部信息，并将信息转寄给应用处理器。NOR/NAND负责储存程序代码/数据，而DRAM则用于暂时性的处理。

为此，许多MCU供货商正在开发效能更高、功耗更低的新一代MCU，以满足市场需求。但从整体系统设计的角度来看，与MCU搭配使用的DRAM也需要新的选择，以提供比现有SDRAM、低功耗SDRAM和CRAM/PSRAM更佳的优势。这些DRAM标准定义过于陈旧，已无法跟上表1所列出的最新技术。

表1：DRAM标准及其对应逻辑处理节点

支持HyperBus接口的HyperRAM是能满足此一需求的最新技术解决方案。HyperBus技术由Cypress于2014年首次发布，后来于2015年推出其首款HyperRAM产品。考虑到市场需求，华邦电子决定加入HyperRAM阵营，并推出32Mb/64Mb/128Mb容量的产品。

HyperRAM 使用优势

HyperRAM仅具备13个讯号IO脚位，可大大简化PCB的布局设计。这也意味着，在设计最终产品时，它能让MCU将更多脚位用于其他目的，或减少MCU使用脚位，以提升成本效益。如图2所示，与类似的DRAM (如低功耗DRAM、SDRAM和CRAM/PSRAM) 相比，HyperRAM只需最少的脚位数便能实现近似的处理量 (333MB/s)。

图2：IO脚位比较

简化控制接口是HyperRAM的另一项技术特色，PSRAM只有9个控制接口，而LPSDRAM有18个。控制接口越少，DRAM控制器所需的复杂度就越低。详细区别可参阅图3。

HyperRAM系以PSRAM架构为基础，是能够自我更新的RAM。而且，它可以自动恢复为待机模式。因此，系统内存更易于使用，固件和驱动程序的开发也会更简单。

图3：LPSDR和HyperRAM的控制接口比较

HYPERRAM有以下特性

超低功耗：华邦的混合睡眠模式（HSM）可使设备待机功耗降低至35μW，而运行功率不到PSRAM产品的一半。

设计简易：与PSRAM配备31个讯号脚数相比，HYPERRAM仅有13个讯号脚数，这极大简化了产品设计和生产的过程。

节省空间：低脚数的封装与较少的主机控制器接口能够减少内存系统电路板的占用空间，从而节省像是智慧手表等消费类设备的空间。

物联网设备的关键

功耗对于物联网设备至关重要，因为设备大多由电池供电。降低功耗不仅可以节省用电，还可以减少充电和更换的成本。以华邦的64Mb HyperRAM为例，其待机耗电量为90uW (1.8V下)，而相同容量的SDRAM的耗电量则是2000uW (3.3V下)。更重要的是，HyperRAM在混合睡眠模式下的耗电量仅45uW (1.8V下)，与SDRAM在待机模式下的耗电量有明显差异(表2)。另一方面，即使采用低功耗的SDRAM，其耗电量和外形尺寸仍较HyperRAM更大。

表2：耗电量比较

HyperRAM 生态系统的新生力军

传统的SDRAM和PSRAM已发展成熟，难以对新兴的IoT应用进行优化。有鉴于汽车和工业应用的长期供应需求，华邦HyperRAM的先进制程可满足客户的长寿命产品生命周期。

从整个系统设计和产品寿命的观点来看，HyperRAM已成为新兴IoT设备的理想选择。除了Cypress，包括像是NXP、Renesas、ST和TI等领先的MCU 公司已开始提供支持HyperBusTM接口的MCU，其新产品未来亦将继续为其提供支持。

同时，其控制接口开发平台已准备就绪。Cadence和Synopsys也已开始提供HyperRAM记忆体验证IP，可加快IC厂商的设计周期。因此，与其他Octal RAM相比，HyperRAM具有最成熟的应用环境。HyperRAM已被纳入JEDEC标准，成为与JEDEC xSPI兼容的技术。

目前，华邦HyperRAM产品系列的32Mb、64Mb和128Mb已进入量产。同时已开始提供24BGA (汽车级)、49BGA、WLCSP和KGD的产品。24BGA的尺寸为6x8 mm2，而49BGA的尺寸仅为4x4 mm2，主要针对消费型穿戴式设备市场。华邦拥有超过20年的DRAM生产经验。展望未来，华邦将继续提供最优质的产品，以满足客户的需求。

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